14.1 能量的转化与守恒 暑期预习讲义 2025-2026学年人教版九年级全一册物理

14.1 能量的转化与守恒 暑期预习讲义 2025-2026学年九年级全一册物理人教版 知识梳理 一、能量的形式与分类 常见能量形式： 机械能：动能（运动物体）与势能（重力势能、弹性势能）的总和。 内能：物体内部所有分子热运动的动能与分子势能的总和。 电能：电荷定向移动具有的能量（如电池供电）。 化学能：通过化学反应释放的能量（如燃料燃烧、食物消化）。 光能：光辐射携带的能量（如太阳发光、灯泡发光）。 核能：原子核裂变或聚变释放的能量（如核电站、原子弹）。 其他形式：声能、磁能、潮汐能等。 能量的普遍性： 自然界中的一切运动和变化都伴随能量的转化或转移。 实例：闪电是电能转化为光能和声能；植物光合作用是光能转化为化学能。 二、能量的转化与转移 能量转化： 定义：一种形式的能量转变为另一种形式的能量。 实例： 机械能→内能：摩擦生热、钻木取火。 内能→机械能：蒸汽机工作、热水瓶塞被弹出。 电能→光能：灯泡发光；光能→电能：太阳能电池板。 化学能→内能：燃料燃烧；化学能→机械能：汽车发动机。 能量转移： 定义：能量从一个物体转移到另一个物体，或从物体的一部分转移到另一部分，能量形式不变。 实例： 热传递：热水袋取暖（内能转移）。 碰撞：台球撞击时动能转移。 输电：电能通过导线传输到用电器。 转化与转移的区别： 判断方法：观察能量形式是否变化。若形式变化则为转化，否则为转移。 易错点：风力发电是风能→电能（转化），而风力吹动帆船是动能转移（形式不变）。 三、能量守恒定律 核心内容： 表述：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。 数学表达： 定律的普适性： 适用于自然界所有领域（物理、化学、生物等），大到天体运动，小到原子内部。 实例： 水电站：重力势能→动能→电能（总能量守恒）。 原子弹爆炸：核能→内能、光能、机械能（总能量守恒）。 实验验证： 滚摆实验： 现象：滚摆上升时动能→重力势能，下降时重力势能→动能，最终停止（机械能→内能）。 结论：机械能与内能总和守恒。 永动机的失败： 定义：不消耗能量却能持续做功的机器。 原理：违背能量守恒定律，无法实现。 案例： 亨内考魔轮：因摩擦损耗，轮子最终停止。 水轮抽水机：水流能量无法完全回收（部分转化为内能）。 四、典型应用与现象解释 自然现象： 火山爆发：地球内部内能→机械能（岩浆喷发）。 光合作用：光能→化学能（储存在有机物中）。 流星发光：机械能→内能、光能（摩擦生热）。 技术应用： 水电站：重力势能→动能→电能。 汽车刹车：动能→内能（刹车片发热）。 太阳能热水器：光能→内能。 风力发电机：风能→电能。 能量转化链分析： 汽车行驶：化学能（燃料）→内能→机械能→内能（摩擦损耗）。 手机充电：电能→化学能（电池储存）→电能→光能 / 声能（使用时）。 五、易错点提醒 能量形式的判断： 误区：误认为 “运动的物体只有动能”。 正确理解：运动物体可能同时具有动能、内能等（如飞行的子弹）。 守恒定律的条件： 误区：认为 “系统能量守恒意味着每种能量都不变”。 正确理解：守恒是指总能量不变，个别形式的能量可能变化（如机械能减少，内能增加）。 转化与转移的混淆： 误区：将 “加热物体” 视为能量转化。 正确判断：热传递是内能转移（形式不变），而电流通过电阻发热是电能→内能（转化）。 永动机的本质： 误区：认为 “设计巧妙的机械可以避免能量损耗”。 正确理解：任何机械都存在摩擦或其他形式的能量损耗，总能量必然减少。 六、科学史与拓展知识 定律的发现历程： 1842 年：德国科学家迈耶提出能量守恒思想。 1843 年：英国焦耳通过实验测定热功当量。 1847 年：亥姆霍兹系统阐述能量守恒定律，将其推广到电磁学、化学等领域。 热力学第一定律： 公式：\(\Delta U = Q + W\)（内能变化 = 吸收的热量 + 外界做功）。 意义：能量守恒定律在热力学中的具体应用（初中阶段只需理解概念）。 诺特定理： 内容：物理定律的对称性对应守恒量（如时间平移对称性对应能量守恒）。 意义：从更高层次揭示能量守恒的本质（高中及以上拓展内容）。 七、实验探究与科学方法 控制变量法： 应用：研究 “动能与速度的关系” 时，控制质量不变。 案例：探究影响电磁铁磁性强弱的因素。 转换法： 应用：通过水温变化间接测量内能变化。 案例：用乒乓球被弹开的幅度显示音叉振动幅度。 理想模型法： 应用：忽略空气阻力时，滚摆的机械能守恒。 案例：研究杠杆平衡条件时，忽略杠杆自重。 同步练习 一、选择题 1．生活中能量转化的实例很多，下列描述中错误的是（　　） A．摩擦起电是把电能转化为机械能 B．摩擦生热是把机械能转化为内能 C．电动机带动水泵把水送到高处是把电能转化为机械能 D．燃料燃烧放热是把化学能转化为内能 2．如图是小球在地面弹跳的频闪照片，下列说法中正确的是（　　） A．小球弹起的高度越来越小，说明小球在此过程中能量不守恒 B．根据能量守恒定律，在此过程中小球的机械能总量是保持不变的 C．在小球的运动中，有一部分机械能转化成了内能 D．此过程说明了能量守恒定律是需要建立在一定的条件之上才能成立的 3．琳琳研究家里的能量转化，发现妈妈在家里用洗衣机洗衣，用电饭煲煮饭。爸爸用电热水器在洗澡，用手机在充电，下列说法正确的是（　　） A．电热水器工作是把内能转化为电能 B．洗衣机工作是为了把电能转化成内能 C．手机在充电是把电能转化成化学能 D．电饭煲是把内能转化成电能 4．中国力争在2030年前实现“碳达峰”。为了践行绿色低碳发展，我市推行纯电动汽车（如图）。汽车蓄电池充电过程中将（　　） A．机械能转化为电能 B．电能转化为机械能 C．电能转化为化学能 D．化学能转化为电能 5．芬兰奥卢大学的研究团队研发出一种新型钙钛矿材料。该材料可在光照、温度和所受压力变化的情况下产生电能，有着非常广阔的应用前景，该材料不能直接实现的能量转化是（　　） A．化学能→电能 B．内能→电能 C．机械能→电能 D．光能→电能 6．如图所示是某地区使用的“风光互补”最观照明灯它“头顶”小风扇，“肩扛”光电池板，“腰挎”照明灯，“脚踩”蓄电池。下列解释合理的是（　　） A．蓄电池白天充电时，蓄电池将电能转化为化学能 B．利用风力发电时，将电能转化为机械能 C．光电池板工作时，是将太阳能转化为化学能 D．照明灯工作时，是将内能转化为电能 7．如图所示，用气筒向装有少量水的瓶里打气，当瓶塞从瓶口跳出时，看到瓶中出现了白雾。下列关于该实验的分析错误的是（　　） A．向密闭的瓶内打气时，瓶内气体质量增大，密度增大 B．瓶塞跳起是因为瓶内空气压强大于大气压强 C．当塞子跳起时，瓶内气体的内能全部转化成塞子的机械能 D．实验过程中，瓶中出现的白雾是瓶中的水蒸气液化而成的小水滴 8．“长征五号”系列运载火箭，为“天问一号”、“嫦娥五号”等多项重要航天器发射任务立下了汗马功劳。下面关于“长征五号”涉及的物理知识，说法正确的是（　　） A．应选择比热容大的燃料 B．火箭发射产生的白雾是扩散现象 C．火箭升空时，燃气的内能转化为火箭的机械能 D．火箭穿过大气层时是通过热传递的方式改变了防护罩的内能 二、填空题 9．人们常用手机相互通信，用充电器给手机电池充电过程中是把　 　能转化为　 　能。 10．一支向高空瞄准的步枪，扣动扳机后，枪膛内的火药燃烧，是将　 　能转化为内能。子弹从枪膛中射出的过程中，内能转化为　 　。 11．大量的研究表明，自然界的能量是　 　的，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体。一杯热水慢慢变凉，就是发生了内能的转移，而且水变凉后不会自己重新变热，说明能量的转移和转化具有　 　。 12．电风扇工作时，主要将电能转化为　 　能。因为扇叶与空气不断的　 　而带了电，可以吸引轻小物体，所以时间久了，扇叶上会有很多灰尘。 13．荡秋千是人们常玩的游戏（如图所示）。当秋千从高处向下荡时，机械能之间的转化情况是重力势能转化为 　 　能，荡的时间越长，会发现秋千慢慢会停下来　 　能。 三、实验探究题 14．如图所示，下列三个实验都是同学们做过的实验，请你回答： （1）图A是探究气体扩散现象的实验，抽掉玻璃板后，过一会儿将观察到两瓶颜色都变成红棕色，要使实验具有说服力，正确的做法是：将两瓶　 　； （2）图B中，当向上拉测力计时，观察到测力计示数会　 　，这说明了　 　； （3）如图C所示，在试管中装些水，用软木塞塞住，加热使水沸腾，水蒸气会把软木塞冲出在这个过程中，燃料的　 　能转化为　 　能，传给水和水蒸气，水蒸气把塞子冲出去时，水蒸气的　 　能转化为塞子的　 　能。 答案解析部分 1．【答案】A 【解析】【解答】解： A、摩擦起电时电子发生了转移，摩擦过程中，消耗了机械能，获得了电能，因此是把机械能转化为电能，故A错误； B、摩擦生热是克服摩擦做功，摩擦过程中，消耗了机械能，内能增大，把机械能转化为内能，故B正确； C、电动机带动水泵把水送到高处，消耗了电能，使水的机械能增大，因此水泵是把电能转化为机械能，故C正确； D、燃料燃烧放热是把自身蕴含的化学能转化为内能，故D正确． 故选A． 【分析】解决此题的关键是知道各种现象的能量储存方式和转化方式．判断减小的能和获得的能分别是哪一个． 2．【答案】C 【解析】【解答】A．由图可知，小球运动过程中弹起的高度越来越小，说明重力势能越来越小，同时速度越来越慢，也就是动能越来越小，所以小球的机械能减少；机械能减少的原因是克服与空气摩擦做功，与地面撞击做功，将机械能转化成了部分内能，但能量的总量是守恒的，A不符合题意； BC．在小球的运动中，与空气摩擦做功或与地面撞击做功，有一部分机械能转化成了内能，所以小球的机械能总量会减小，B不符合题意，C符合题意； D．能量守恒定律适用于所有的能量转化过程，D不符合题意。 故答案为：C。 【分析】运动的物体和空气摩擦，将机械能转化为内能；能量在转移和转化时，总量守恒。 3．【答案】C 【解析】【解答】A．电热水器工作时消耗电能并放出热量，所以是把电能转化为内能，A不符合题意； B．洗衣机转筒转动是因为电动机将把电能转化成机械能，B不符合题意； C．手机在充电是把电能转化成化学能储存起来，C符合题意； D．电饭煲工作时消耗电能并放出热量，所以是将电能转化为内能，D不符合题意。 故答案为：C。 【分析】电热水器工作时把电能转化为内能；洗衣机转筒转动是因为电动机将把电能转化成机械能；手机在充电是把电能转化成化学能储存起来；电饭煲工作时，是将电能转化为内能。 4．【答案】C 【解析】【解答】蓄电池充电时，消耗电能，获得化学能，是将电能转化为化学能的过程，ABD不符合题意，C符合题意。 故答案为：C。 【分析】对电池充电时，将电能转化为化学能。 5．【答案】A 【解析】【解答】A．由题意可知，该材料不是在发生化学变化时产生电能，故不能直接实现从化学能向电能的转化，A符合题意； B．根据题意，该材料可以在温度变化的情况下产生电能，故可以将内能转化为电能，B不符合题意； C．根据题意，该材料可以在压力变化的情况下产生电能，故可以将机械能转化为电能，C不符合题意； D．根据题意，该材料可以在光照的情况下产生电能，故可以将光能转化为电能，D不符合题意。 故答案为：A。 【分析】新型发电材料，实现了把内能、机械能、光能转化为电能的转化。 6．【答案】A 【解析】【解答】A．蓄电池白天充电时，蓄电池将电能转化为化学能储存起来，A符合题意； B．风能属于机械能的一种，利用风力发电时，将机械能转化为电能，B不符合题意； C．光电池板工作时，是将太阳能转化为电能，C不符合题意； D．照明灯工作时，是将电能转化为光能，D不符合题意。 故答案为：A。 【分析】对电池充电时，将电能转化为化学能；发电机将其它形式的能转化为电能。 7．【答案】C 【解析】【解答】A．向密闭的瓶内打气时，瓶内气体质量增大，体积不变，由可知密度增大，A正确，不符合题意； B．向密闭的瓶内打气时，瓶内空气压强大于大气压，所以瓶塞跳起，B正确，不符合题意； C．塞子跳起时，瓶内气体对瓶塞做功，内能转化为机械能，内能减少，但不是全部内能转化为机械能，C错误，符合题意； D．当瓶塞跳起时，瓶内气体对瓶塞做功，瓶内气体的内能减少，温度降低，水蒸气遇冷液化形成了小水滴，形成了瓶口的白雾，D正确，不符合题意。 故答案为：C。 【分析】气体质量增大，体积不变，由可知密度增大；塞子跳起时，瓶内气体对瓶塞做功，内能转化为机械能，内能减少，但不是全部内能转化为机械能；物体从气态变为液体的过程叫液化。 8．【答案】C 【解析】【解答】A．燃料的热值是燃料的本身的特性，只与燃料的种类有关，热值大的燃料，在相同条件下，完全燃烧放出的热量更多，所以火箭应选择热值大的燃料，A不符合题意； B．火箭发射产生的白雾是水蒸气遇冷液化成的小水珠，B不符合题意； C．火箭升空时，燃料燃烧获取的内能转化为火箭的机械能，C符合题意； D．火箭穿过大气层时与空气摩擦，通过做功的方式改变了防护罩的内能，D不符合题意。 故答案为：C。 【分析】火箭升空时，内能转化为机械能；“白雾”是水蒸气液化形成的；物体间摩擦时，机械能转化为内能，是做功改变内能。 9．【答案】电；化学 【解析】【解答】 用充电器给手机电池充电过程中是把电能转化为电池的化学能。 综上 第1空、电； 第2空、化学； 【分析】能量转化：根据物体起始状态具有的能量和最终状态具有的能量进行判断，如用充电器给手机电池充电是将电能转化为化学能。 10．【答案】化学；机械能 【解析】【解答】火药燃烧是化学变化，火药的化学能转化为燃气的内能，使燃气温度升高，内能增加；燃气推动子弹在枪膛中运动，燃气内能转化为子弹的机械能。【分析】判断是哪种能量转化成了另一种能量的方法是：减少的能量转化为增多的能量。 11．【答案】守恒；方向性 【解析】【解答】自然界中，能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到其他物体，在转化和转移过程中，能量总量保持不变，是能量守恒定律。 一杯热水只会慢慢变凉，变凉后不会自己重新变热，可知，能量的转移和转化具有方向性。 【分析】能量在转移和转化时，总量是守恒的；能量的转移和转化，具有方向性。 12．【答案】机械；摩擦 【解析】【解答】电风扇工作时，消耗电能，产生机械能和少部分内能，因此，其工作时主要将电能转化为机械能；风扇叶转动时，与空气摩擦而带了电，因为带电体具有吸引轻小物体的性质，所以扇叶会布满灰尘。 【分析】（1）电风扇的主要部件是电动机，工作时将电能转化为机械能。 （2）物体间由于相互摩擦而带上电荷的现象叫做摩擦起电，带电体能够吸引轻小物体。 13．【答案】动；内 【解析】【解答】当秋千从高处向下荡时，机械能之间的转化情况是重力势能转化为 动能，重力势能完全转化为内能消散，秋千停止 综上第1空为动；第2空为内 【分析】根据能量转化分析填空 能量的转化和转移，重力势能和物体高度有关，动能和速度有关，能量耗散为能力转化为内能 14．【答案】（1）位置互换 （2）变大；分子间存在引力 （3）化学；内；内；机械 【解析】【解答】（1）二氧化碳的密度大小，而空气的密度小。当二氧化氮在上面时，由于重力作用，它也会向下运动，使颜色趋于一致。为了排除重力的影响，可以将两瓶互换，即密度大的在下面，密度小的在上面。 （2）图B中，当向上拉测力计时，观察到测力计示数会变大，这说明了分子间存在引力； （3）如图C所示，在试管中装些水，用软木塞塞住，加热使水沸腾，水蒸气会把软木塞冲出在这个过程中，燃料的化学能转化为内能，传给水和水蒸气，水蒸气把塞子冲出去时，水蒸气的内能转化为塞子的机械能。 【分析】（1）注意气体的密度大小对实验现象的影响； （2）根据分子之间存在引力解答； （3）根据能量转化的知识解答 学科网（北京）股份有限公司 $$